Recyclage van composiet materialen

OMSCHRIJVING:

Composiet betekent ‘samengesteld’. Kunststof composieten zijn vezels gecombineerd met (kunststof)-hars. Zowel in constructie als in verwerkingstechnieken is er een zeer grote verscheidenheid. Een keuze voor composieten moet dus aan het begin van het ontwerpproces gebeuren. Vormgeving moet afgestemd worden op de mogelijkheden qua productie en mechanische eigenschappen.

De belangrijkste kunststofcomposieten zijn nog altijd polyester- en epoxyharsen. Bij deze harsen zijn er de laatste jaren ontwikkelingen naar meer milieuvriendelijke harsen, zoals styreenarme harsen (LSE-harsen) en water gedragen harsen Thermoplastische composieten (lagere productiekosten) hebben een goede chemische- en corrosiebestendigheid, beter dan conventionele kunststoffen. De productie kan gebeuren met zo goed als geen emissie, ook recycleren is mogelijk. Meestal zijn ze samengesteld uit: koolstofvezels, aramidevezels en E-glas. De harsen die daarbij worden toegevoegd zijn voornamelijk PPS, PEEK, polypropyleen (PP), Nylon, PC, en PEI.

TOEPASSING:

In de ruimtevaart en automobielsector is er al lang een groot gebruik van composieten. Er is een grote opmars bezig in toepassing in meubilair en bevestigingsmiddelen, het gaat dan vooral om glasvezel gecombineerd met aluminium. Met metaalvezellaminaten kan men grote gebogen constructies maken die minder vermoeiing vertonen dan metaal op zich.

MILIEUOVERWEGINGEN:

Levenscyclus:
Winning en productie:Bij het gebruik van kunststof zijn er steeds nadelige milieuargumenten. Vooral het gebruik van aardolie en de emissies bij het produceren wegen zwaar door in de levenscyclus.

Afval:Bij het combineren van die kunststoffen met metalen, weegt de afvalfase weer zwaarder door. Het scheiden van de verschillende componenten is niet zo eenvoudig.
Samengevat: Kiezen voor composietmaterialen kan ook vanuit milieustandpunt geen eerste keuze zijn. Nochtans geeft het lichte gewicht en een hogere stijfheid serieuze voordelen in de hoeveelheid materiaalgebruik. Ook bijvoorbeeld het voorkomen van roestvorming en beschadiging door de samenstelling van het materiaal maakt dat er geen bijkomende nabehandelingen nodig zijn. In plaats van glasvezel vinden we in de nieuwste composieten ook natuurvezels zoals vlas, hennep en jute, ook als versterking voor thermoplastische composieten. Zij hebben een lagere kostprijs maar zijn dan ook iets minder sterk.

Lichte fiets, zware voetafdruk

30 april 2008 (MO) - Vandaag rijdt ietwat fietser rond op een aluminium frame. Dat is immers heel wat lichter dan een stalen raamwerk. Sinds de fietswereld het uit de ruimtevaart overgewaaide carbon heeft ontdekt, zijn zelfs fietsframes te koop van amper één kilogram.

Zo’n carbon frame is vervaardigd uit koolstofvezels, die ingebed worden in een kunststof. Dergelijk composietmateriaal is lichter dan aluminium maar wel driemaal zo duur. En allesbehalve milieuvriendelijk.

‘Composieten zijn zeer moeilijk recycleerbaar’, zegt Wim Van Paepegem van de Universiteit Gent. ‘De vezels en de kunststof zijn na gebruik niet te scheiden, dus worden afgedankte composietmaterialen vandaag nog altijd verbrand of vermalen. Ze in kleinere stukjes hakken maakt ze echter onbruikbaar voor hoogwaardige toepassingen en alleen al het vermalen kost handenvol geld. De vezels zijn immers zo sterk dat ze elke shredder in een oogwenk naar de vaantjes helpen.’ Een carbon frame is stijver –onbuigzamer– dan een aluminium model. Het is ook veel breukgevoeliger en gaat dus minder lang mee. ‘Eén valpartij en je fiets is misschien al stuk’, zegt Dirk Van den Berk van het Belgische fietsenmerk Granville. ‘Carbon is opgebouwd uit laagjes en dus kunnen er scheurtjes optreden die niet altijd met het blote oog te zien zijn.’ Niet voor niets geeft Granville maar drie jaar garantie op een carbon frame, tegenover tien jaar op een aluminium model.

Is aluminium duurzamer dan carbon? ‘Het is net als andere metalen eindeloos recycleerbaar’, weet Van Paepegems collega op de afdeling Materiaalkunde. ‘Maar om van bauxiet aluminium te maken, heb je wel veel energie nodig én uiterst milieubelastend fluoride’, aldus Kim Verbeken. Niet voor niets staan aluminiumsmelterijen meestal in lagelonenlanden, waar de milieuwetgeving vaak minder streng is. Om van aluminiumoxide aluminium te maken, moet je het onderdompelen in een bad van fluoride, dat verwarmd moet worden tot 950 graden Celsius. Het productieproces vergt niet alleen ontstellend veel thermische energie maar ook aardig wat elektriciteit. Er moet immers continu stroom door het bad gejaagd worden. Een groot verschil met staal is wel dat er bij het productieproces geen CO2 vrijkomt. En voor de recyclage van aluminium is minder energie nodig dan voor die van staal.

Voor alle duidelijkheid: de fiets is en blijft veel milieuvriendelijker dan de auto. En een carbon of aluminium frame zal wellicht het verschil niet maken. Onze auto wel. Als die tegen 2015 voor 95 procent recycleerbaar moet zijn –zoals Europa wil– dan moet er snel een oplossing komen voor de recyclage van de veelgebruikte carbon- en glasvezelcomposieten.

Natuurvezels vervangen staal en aluminium

Tijdens het symposium Bouwen aan de Biobased Economy, op maandag 19 mei, is een uniek product van natuurvezel gepresenteerd aan Minister Cramer; een sluitplaat van een intercitytrein. Sluitplaten zijn de voor- en achterpanelen van intercitytreinen.

De gepresenteerde sluitplaat is treindeeleen prototype dat op korte termijn getest gaat worden. Het is opgebouwd uit high tech geweven natuurvezels van vlas (linnen) en hennep en geproduceerd met een innovatief productieproces.

De natuurvezels van vlas en hennep zijn afkomstig van duurzame teelt. Kiemkracht, de innovatiealliantie voor akkerbouw, en de NOM stimuleren het gebruik van biobased materialen, waaronder biocomposieten.

Biocomposieten hebben de potentie de toepassingen van staal en aluminium te vervangen. Hiermee is een milieuwinst van minimaal een factor 5 te behalen door onder andere gewichtsreductie van het product en door schone, energiezuinige productieprocessen.

Toepassing van sluitplaten van natuurvezels levert een gewichtsbesparing van 1000 kg per trein op. Dit resulteert in een besparing van Є 200.000,- in de onderhoudskosten

Een visie op duurzaamheid

Er wordt steeds kritischer gekeken naar de milieubelasting van producten gedurende de hele levenscyclus. Er komen steeds meer milieuvriendelijke producten op de markt en ook de vraag neemt toe. Daarbij is vaak niet direct duidelijk welke oplossing het méést duurzaam is.

NPSP zoekt naar structurele oplossingen voor milieuproblemen van vandaag. Wij zijn er van overtuigd dat de duurzame potentie van composiet op termijn groter is dan de huidige nadelen.

Nadelen
De composietbranche heeft qua duurzaamheid nog genoeg te doen. Een zeilboot van glasvezelpolyester kan nu na de gebruiksfase geen kant meer op. Storten is gezien EU-regelgeving niet meer mogelijk en verbranden problematisch, omdat het glas de ovens vervuilt.

Composietproducten moeten vaak aan hoge technische eisen voldoen; licht, sterk, vandalisme-, chemicaliën- en UV-bestendig. In de productie streven we naar optimale hechting tussen de componenten. Dat zorgt er ook voor dat deze aan het einde van de levensduur juist weer moeilijk te scheiden zijn. Recycling van composiet is vooralsnog dan ook technisch lastig en duur.

Potentie
Composiet biedt echter ook nieuwe kansen voor het milieu. Bij gebruik in transportmiddelen zoals treinen en bussen, is minder materiaal nodig om dezelfde sterkte te bereiken. Dit bespaart niet alleen materiaal, maar ook gewicht. Hierdoor heeft het voertuig minder energie nodig om zich voort te bewegen en wordt de CO2-uitstoot per kilometer lager

NPSP wil de potentiële voordelen van composiet optimaal benutten. Wij werken stap-voor-stap aan structurele oplossingen die grootschalige toepassingen van steeds duurzamere composieten mogelijk maken.
Nu: Natuurvezel vervangt glasvezel
Door glasvezel te vervangen door natuurvezel kan composiet wél worden verbrand. Dankzij de snelle productietijd heeft natuurvezelcomposiet een kortere CO2-cyclus en kan het als biomassa worden verbrand tot groene stroom. Met deze innovatie heeft NPSP een belangrijke eerste stap gezet richting duurzaam composiet.

Handige lichtgewicht LPG-tank

U vindt dit artikel in het PDF bestand op de volgende site:

http://home.tudelft.nl/?id=847&q=HANDIGE+LICHTGEWICHT+LPG-TANK&searchradio=on&x=0&y=0&option=START&min=10&start=0

Zie hieronder te conclusie:

BMW wil alles koolstofvezel

Gewichtsbesparing is belangrijk, en natuurlijk weet BMW dat als geen ander. Met haar jarenlange pionierswerk, op zoek naar de lichtst mogelijke constructies, is zij een koploper op dit gebied. De lichtvoetige X6M en M5 zijn uiteraard sprekende voorbeelden. Onlangs wisten ze op die laatste zelfs 50kg te besparen! Vooruitstrevend als ze is, gaat BMW nu ook hele auto’s van koolstofvezel ontwikkelen.

Koolstofvezel is BMW haar nieuwe wapen in de eeuwige zoektocht naar de lichtste auto. BMW is in zee gegaan met de SGL Group (the carbon company). De twee partijen zijn overeen gekomen dat ze samen heel veel werk gaan maken van het toepassen van koolstofvezel in auto’s. Dan hebben we het niet over een dakje in een M6 of M3, maar over heuze carbon stadsautotjes. BMW wil namelijk haar nieuwe Megacity modellen gaan vervaardigen uit koolstofvezel.

Voor de Megacity modellen wordt het hele ‘concept’ auto overboord gegooid. Via Project-i worden er nieuwe constructietechnieken en materialen bedacht. Het uiteindelijke resultaat moet een hyper-efficiente stadsauto worden. En die krijgen we dan over 3-5 jaar te zien…

Windmolens en koolstofvezels

De markt van de koolstofvezels is in volle ontwikkeling : van nauwelijks 50 ton in 1975 zou die moeten groeien tot 60 000 ton in 2015.

De eerste twintig jaar was de belangrijkste markt die van de sportartikelen : vishengels, tennisrackets en golfclubs. Het domein van de vliegtuigbouwkunde werd ontgonnen vanaf 1985, met de fabricage van primaire onderdelen, en dat van de industriële toepassingen vanaf 1995.














Dat laatstgenoemde marktsegment – scheepsbouw, burgerlijke bouwkunde, autofabricage, houders onder druk, medische apparatuur… - blijft groeien, in het bijzonder dankzij nieuwe toepassingen zoals windmolens, offshore-aardoliewinning enz. Deze industriesectoren zouden tegen 2010 moeten goed zijn voor meer dan de helft van het koolstofvezelverbruik.
Die prognoses zullen evenwel moeten worden bijgesteld indien de vraag naar sportuitrusting, die tegenwoordig wat stagneert, plots sterk zou toenemen in landen zoals China en India of vooral indien de uitbreiding van de industriële toepassingen bruusk zou worden afgeremd door de stijging van de prijzen en een ontoereikend aanbod van koolstofvezels.

Een van de interessante marktniches voor composieten versterkt met koolstof is die van de windmolenbladen. Het gebruik van dergelijke materialen in dat marktsegment neemt heel snel toe, in tegenstelling tot de groei die al 30 jaar wordt waargenomen in andere marktsegmenten zoals de sport- en vrijetijdssector of de vliegtuigbouwkunde.

Windmolens
Tussen 2005 en 2006 steeg de elektriciteitsopwekkingscapaciteit van windkracht met 16% (11 531 MW of 8300 nieuwe turbines). De totale, globale capaciteit bedraagt nu 72 500 MW.
De Amerikaanse markt is de belangrijkste, met een capaciteit van 12 000 MW in 2006. Die zou nog met 30% moeten groeien tegen 2010 en 100 000 MW moeten bereiken tegen 2020.

De grootste producenten van windmolenbladen zijn in Europa gevestigd. De tien grootste fabrikanten van windmolens nemen samen meer dan 95% van de markt in. Vestas Wind Systems AS in Denemarken en Gamesa Eolica in Spanje alleen al bestrijken 50% van de wereldmarkt van de turbines en zelfs 70-75% van de markt van de windmolenbladen. Andere fabrikanten zijn Siemens (DK), Enercon (D), Nordex (D) en REpower Systems (D).

Als we kijken naar de verspreiding van de octrooien verbonden aan windmolenbladen de jongste jaren (1.957 documenten sinds 2000) zien we een opmerkelijke terugloop in het aantal aanvragen in 2006. Dat is ongetwijfeld (vooral) het gevolg van het feit dat de technologie nu tot volle ontwikkeling is gekomen.

Er zullen heel wat meer kansen komen in de sector van de windmolenbouw met de komst van steeds grotere bladen voor omvangrijke eenheden. De grootste turbines die momenteel worden gebouwd, hebben een capaciteit van meer dan 5 MW en rotordiameters van meer dan 100 m.

In 2006 verbruikte de fabricage van windmolenbladen meer dan 112 000 t materiaal. Dat volume zou tot 700 000 t moeten stijgen tussen 2006 en 2010. Koolstofvezels vertegenwoordigen slechts 6% van de totale vraag naar vezels (glasvezels inbegrepen) in die productie van bladen, wat toch 250% meer is dan in 2004. In 2010 zou dat percentage 9% moeten bedragen. Vestas fabriceert meer dan 10.000 bladen per jaar en steeds meer modellen worden gemaakt van composiet versterkt met koolstofvezels (300-350 kg/blad).

De toekomst van de koolstofcomposieten in de windmolenbouw is net zoals bij andere industriële toepassingen afhankelijk van de beschikbaarheid en de prijs van de vezels. Sommige producenten worden al met die problemen geconfronteerd en denken aan alternatieven op basis van glasvezels, die minder goed presteren maar ook minder duur zijn.

De toekomst is aan de brug van een kunststof composiet

Via deze link een artikel